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Analysis of genetic diversity and cross-species transferability based on Fusarium oxysporum EST-SSR markers

尖镰孢菌EST-SSR遗传多样性分析及通用性评价



全 文 :植物保护学报 Journal of Plant Protectionꎬ 2015ꎬ 42(5): 777 - 786 DOI: 10􀆰 13802 / j. cnki. zwbhxb. 2015􀆰 05􀆰 012
基金项目:山西省科技攻关项目 (20120311019 ̄3)ꎬ山西农业大学引进人才博士科研启动基金 (2013YJ09)ꎬ国家自然科学基金
(31000873)
∗通讯作者(Author for correspondence)ꎬ E ̄mail: jm. w@ sohu. com
收稿日期: 2015 - 05 - 05
尖镰孢菌 EST ̄SSR遗传多样性分析及通用性评价
李新凤1   王建明1∗  张作刚1   郝晓娟1   张祖维2   田宏先3
(1.山西农业大学农学院ꎬ 太谷 030801ꎻ 2.山西农业大学动物科技学院ꎬ 太谷 030801ꎻ
3.山西省农业科学院高寒区作物研究所ꎬ 大同 037000)
摘要: 为了解 38 株尖镰孢菌的遗传多样性并开发可在近缘镰孢菌种中通用的尖镰孢菌 EST ̄SSR
标记ꎬ利用设计和筛选的 18 对多态性 EST ̄SSR引物对 38 株尖镰孢菌和 5 种近缘镰孢菌进行 SSR ̄
PCR扩增ꎬ经 6%非变性聚丙烯酰胺凝胶分离扩增产物ꎬ并用 NTSYS 软件分析供试尖镰孢菌的
PCR扩增结果ꎮ 结果表明ꎬ18 对 EST ̄SSR标记引物在 38 株尖镰孢菌中检测到 75 条多态性条带ꎬ
多态性比率达 92􀆰 6% ꎬ平均每对引物可扩增 4􀆰 2 条ꎻ各菌株间的遗传相似系数介于 0􀆰 565 ~ 0􀆰 946
之间ꎬ平均为 0􀆰 721ꎻ来源于同科寄主植物群体的菌株间的平均遗传相似系数以葫芦科最大ꎬ锦葵
科最小ꎬ依次为葫芦科 >兰科 >豆科 >亚麻科 >茄科 >锦葵科ꎮ 在相似系数为 0􀆰 756 时ꎬ供试 38
株菌有 35 株按照不同科寄主植物聚为不同的类群ꎬ说明尖镰孢菌 SSR 类群的划分与其寄主来源
具有一定的相关性ꎮ 18 对 EST ̄SSR引物在近缘镰孢菌种中均能有效扩增的引物数及通用性比率
为 10 对和 55􀆰 6% ꎬ均显示多态性的引物有 2 对ꎬ占供试引物总数的 11􀆰 1% ꎮ 表明尖镰孢菌 EST ̄
SSR区域遗传多样性丰富ꎬ基于尖镰孢菌 EST序列开发镰孢菌通用 SSR标记是可行的ꎮ
关键词: 尖镰孢菌ꎻ EST ̄SSRꎻ 遗传多样性ꎻ 通用性
Analysis of genetic diversity and cross ̄species transferability based on
Fusarium oxysporum EST ̄SSR markers
Li Xinfeng1   Wang Jianming1∗   Zhang Zuogang1   Hao Xiaojuan1   Zhang Zuwei2   Tian Hongxian3
(1. College of Agricultureꎬ Shanxi Agricultural Universityꎬ Taigu 030801ꎬ Shanxi Provinceꎬ Chinaꎻ 2. College of Animal
Science and Veterinary Medicineꎬ Shanxi Agricultural Universityꎬ Taigu 030801ꎬ Shanxi Provinceꎬ Chinaꎻ
3. Crops Research Institute for Alpineꎬ Shanxi Academy of Agricultural Sciencesꎬ Datong 037000ꎬ Shanxi Provinceꎬ China)
Abstract: The objective of this study is to analyze genetic diversity of 38 Fusarium oxysporum strains and
to develop F. oxysporum EST ̄SSR markers which can be also used in other Fusarium spp. strains.
Eighteen EST ̄SSR markers were used to assess Fusarium spp. strains and the amplification products were
separated on 6% denatured polyacrylamide gels. Then the resulting data was analyzed using NTSYS
program. The results showed that a total of 75 (92􀆰 6% ) bands were amplified by 18 primers with an
average of 4􀆰 2 bands per marker. The genetic similarity among all the strains ranged from 0􀆰 565 to 0􀆰 946
with an average of 0􀆰 721. The average genetic similarity among the strains of different families was
differentꎻ those of the strains from Cucurbitaceae family showed the highest similarityꎬ those from
Malvaceae the lowestꎬ and the order was Cucurbitaceae > Orchidaceae > Leguminosae > Linaceae >
Solanaceae > Malvaceae. Phylogenetic clustering based on these 18 EST ̄SSR markers showed that 35 F.
oxysporum strains were distinctly clustered into different groups according to their host family at 0􀆰 756ꎬ
which indicated some correlation between clustering and host origins of strains. The pairs of primers that
could effectively amplified bands in five Fusarium spp. strains were tenꎬ and the transferability rate was
55􀆰 6% . A total of two pairs (11􀆰 1% ) of F. oxysporum EST ̄SSR primers were detected to be highly
polymorphic among Fusarium spp. These results indicated that F. oxysporum had a rich genetic basis and
exploitation of EST ̄SSR markers from F. oxysporum for other Fusarium spp. was efficient.
Key words: Fusarium oxysporumꎻ EST ̄SSRꎻ genetic diversityꎻ transferability
    尖镰孢菌 Fusarium oxysporum 是镰孢菌属真菌
中可侵染多种植物引起枯萎病的重要植物病原菌ꎮ
该菌具有种内遗传分化水平高和菌株间生理分化显
著的特点ꎬ因此在其种下通常又分为多个专化型和
生理小种ꎬ而专化型和生理小种的传统鉴定方法主
要是通过测定菌株对不同寄主种或品种的致病性来
确定(Boothꎬ1998)ꎮ 这种传统生物学方法不仅耗时
耗力、植株需求量大ꎬ且要求鉴定人员具有较高的技
术水平ꎮ 随着分子生物学技术的迅猛发展和广泛应
用ꎬ以病原菌 DNA 或 RNA 检测为基础的现代分子
检测技术ꎬ为从分子水平鉴定病原菌种内不同的致
病类型提供了可能ꎬ并已在一些病原菌专化型及生
理小种的鉴定上得到了应用(张吉祥等ꎬ2013)ꎮ 通
常认为病原菌的分子鉴定应该建立在致病性相关的
遗传学基础上(Lievens & Thommaꎬ2005)ꎬ然而迄今
为止关于尖镰孢菌与寄主特异性关系的遗传基础研
究还很少ꎬ因此运用分子标记的方法研究尖镰孢菌
种内各菌株间的遗传多样性与群体遗传结构ꎬ对从
分子水平了解该菌种的生理分化机理、分析分子标
记位点与菌种类群、致病性及抗病性等方面的关联
性具有重要的理论意义和实践价值ꎮ
近年来ꎬ已有多种分子标记技术应用于尖镰孢
菌的遗传多样性研究(Mishra et al. ꎬ2013ꎻ张述义
等ꎬ2013ꎻ高慧等ꎬ2014)ꎮ 简单重复序列扩增多态
性(simple sequence repeatꎬSSR)标记作为一种基于
PCR扩增物种基因组中多态性微卫星而建立的分
子标记技术ꎬ与其它分子标记技术相比ꎬ具有多态性
高、共显性遗传、重复性好等优点ꎬ已成为物种遗传
多样性、亲缘关系等研究的最主要分子标记之一ꎬ并
逐渐应用于病原真菌的遗传多样性分析、种群变异
和菌种鉴定等方面的研究(Lees et al. ꎬ2006ꎻIvors et
al. ꎬ2006ꎻ胡小平等ꎬ2008)ꎮ
SSR标记技术包括基因组 SSR(Genomic ̄SSR)
标记和表达序列标签 SSR(EST ̄SSR)标记ꎮ 目前有
关镰孢菌 SSR 标记的研究主要是 Genomic ̄SSRꎬ且
大多局限于标记引物的开发ꎬ针对黄色镰孢菌 F.
culmorm、禾谷镰孢菌 F. graminearum与梨孢镰孢菌
F. poae 等开发了多对可用于镰孢菌遗传分化研究
的 SSR引物(Giraud et al. ꎬ2002ꎻVogelgsang et al. ꎬ
2009ꎻ2011)ꎬ还开发了用于转 Bt基因与非转基因玉
米越冬秸秆残留物中镰孢菌群体遗传结构分析的
SSR引物(Naef & Défagoꎬ2006)ꎮ 此外ꎬ除已经公布
基因组序列的少数镰孢菌种外ꎬ基于镰孢菌基因组
序列开发 SSR 标记均需要通过富集文库、SSR 克
隆、测序等步骤ꎬ不仅耗时耗力ꎬ而且成本高ꎮ EST ̄
SSR标记是基于物种已知 EST 序列开发的 SSR 标
记ꎬ与 Genomic ̄SSR标记相比ꎬ除具有 SSR标记的优
点外ꎬ还有经济、通用性高、可提高生物数据库中
EST资源的利用效率等特点ꎮ 目前有关镰孢菌
EST ̄SSR 标记的研究报道较少ꎬ Mahfooz et al.
(2012)开发了 4 对尖镰孢菌 EST ̄SSR 多态性引物ꎻ
李新凤等(2014)在分析尖镰孢菌 EST ̄SSR 分布组
成特点的基础上ꎬ开发了 14 对 SSR 引物ꎻ本研究在
进一步发掘尖镰孢菌 EST ̄SSR 的基础上ꎬ对 38 株
寄主和地理来源不同的尖镰孢菌进行了 EST ̄SSR
遗传多样性分析ꎬ并探讨多态性 EST ̄SSR 标记在近
缘镰孢菌中的通用性ꎬ旨在为镰孢菌属真菌分类鉴
定、系统发育、镰孢菌病害分子诊断及抗病育种等方
面的研究提供丰富而有效的 SSR标记ꎮ
1 材料与方法
1􀆰 1 材料
供试菌株:供试 38 株尖镰孢菌中ꎬ36 株为分离
自山西省不同地区的不同专化型单孢菌株ꎬ2 株为
分离自河北保定兰花的单孢菌株(表 1)ꎻ供试 25 株
近缘镰孢菌分别为轮枝镰孢菌、腐皮镰孢菌、半裸镰
孢菌、木贼镰孢菌、禾谷镰孢菌的单孢菌株各 5 株ꎮ
所有供试菌株均采用 Booth 分类系统与 Leslie 分类
方法进行形态学鉴定 ( Boothꎬ1988ꎻLeslie & Sum ̄
merellꎬ2006)ꎮ
877 植  物  保  护  学  报 42 卷
表 1 供试菌株的寄主及来源
Table 1 Tested strains and their hostsꎬ collecting and isolate sites in the study
编号 No. 菌株 Strain 寄主 Host 采集地 Collecting site
1 尖镰孢菌大豆专化型 F. oxysporum f. sp. tracheiphilum 绿豆 Vigna radiata 山西祁县 Qixianꎬ Shanxi
2 尖镰孢菌大豆专化型 F. oxysporum f. sp. tracheiphilum 绿豆 V. radiate 山西阳城 Yangchengꎬ Shanxi
3 尖镰孢菌蚕豆专化型 F. oxysporum f. sp. tracheiphilum 大豆 Glycine max 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
4 尖镰孢菌大豆专化型 F. oxysporum f. sp. tracheiphilum 绿豆 V. radiate 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
5 尖镰孢菌蚕豆专化型 F. oxysporum f. sp. fabae 菜豆 Phaseolus vulgaris 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
6 尖镰孢菌蚕豆专化型 F. oxysporum f. sp. fabae 菜豆 P. vulgaris 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
7 尖镰孢菌大豆专化型 F. oxysporum f. sp. fabae 蚕豆 Viciae faba 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
8 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 Cucumis sativus 山西夏县 Xiaxianꎬ Shanxi
9 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西夏县 Xiaxianꎬ Shanxi
10 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
11 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西太原 Taiyuanꎬ Shanxi
12 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
13 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 西葫芦 Cucurbita pepo 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
14 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西临汾 Linfenꎬ Shanxi
15 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西太原 Taiyuanꎬ Shanxi
16 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西临汾 Linfenꎬ Shanxi
17 尖镰孢菌黄瓜专化型 F. oxysporum f. sp. cucumerinum 黄瓜 C. sativus 山西太原 Taiyuanꎬ Shanxi
18 尖镰孢菌番茄专化型 F. oxysporum f. sp. lycopersici 番茄 Lycopersicon esculentum 山西太原 Taiyuanꎬ Shanxi
19 尖镰孢菌番茄专化型 F. oxysporum f. sp. lycopersici 番茄 L. esculentum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
20 尖镰孢菌番茄专化型 F. oxysporum f. sp. lycopersici 番茄 L. esculentum 山西大同 Datongꎬ Shanxi
21 尖镰孢菌辣椒专化型 F. oxysporum f. sp. capsicum 辣椒 Capsicum annuum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
22 尖镰孢菌茄子专化型 F. oxysporum f. sp. melongenae 茄子 Solanum melongena 山西祁县 Qixianꎬ Shanxi
23 尖镰孢菌茄子专化型 F. oxysporum f. sp. melongenae 茄子 S. melongena 山西五寨 Wuzhaiꎬ Shanxi
24 尖镰孢菌茄子专化型 F. oxysporum f. sp. melongenae 茄子 S. melongena 山西阳城 Yangchengꎬ Shanxi
25 尖镰孢菌茄子专化型 F. oxysporum f. sp. melongenae 茄子 S. melongena 山西祁县 Qixianꎬ Shanxi
26 尖镰孢菌萎蔫专化型 F. oxysporum f. sp. vasinfectum 棉花 Gossypium hirsutum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
27 尖镰孢菌萎蔫专化型 F. oxysporum f. sp. vasinfectum 棉花 G. hirsutum 山西襄汾 Xiangfenꎬ Shanxi
28 尖镰孢菌萎蔫专化型 F. oxysporum f. sp. vasinfectum 棉花 G. hirsutum 山西运城 Yunchengꎬ Shanxi
29 尖镰孢菌胡麻专化型 F. oxysporum f. sp. lini 胡麻 Linum usitatissimum 山西大同 Datongꎬ Shanxi
30 尖镰孢菌芝麻专化型 F. oxysporum f. sp. sesami 芝麻 Sesamum indicum 山西襄汾 Xiangfenꎬ Shanxi
31 尖镰孢菌芝麻专化型 F. oxysporum f. sp. sesami 芝麻 S. indicum 山西祁县 Qixianꎬ Shanxi
32 尖镰孢菌 F. oxysporum 兰花 Michelia chapensis 河北保定 Baodingꎬ Hebei
33 尖镰孢菌 F. oxysporum 兰花 M. chapensis 河北保定 Baodingꎬ Hebei
34 尖镰孢菌茄子专化型 F. oxysporum f. sp. melongenae 茄子 S. melongena 山西神池 Shenchiꎬ Shanxi
35 尖镰孢菌茄子专化型 F. oxysporum f. sp. melongenae 茄子 S. melongena 山西神池 Shenchiꎬ Shanxi
36 尖镰孢菌茄子专化型 F. oxysporum f. sp. melongenae 茄子 S. melongena 山西太原 Taiyuanꎬ Shanxi
37 尖镰孢菌 F. oxysporum 兰花 M. chapensis 山西长治 Changzhiꎬ Shanxi
38 尖镰孢菌 F. oxysporum 兰花 M. chapensis 山西长治 Changzhiꎬ Shanxi
39 轮枝镰孢菌 F. verticillioides 蚕豆 V. faba 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
40 轮枝镰孢菌 F. verticillioides 茄子 S. melongena 山西阳城 Yangchengꎬ Shanxi
41 轮枝镰孢菌 F. verticillioides 菜豆 P. vulgaris 山西阳城 Yangchengꎬ Shanxi
42 轮枝镰孢菌 F. verticillioides 番茄 L. esculentum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
43 轮枝镰孢菌 F. verticillioides 胡麻 L. usitatissimum 山西大同 Datongꎬ Shanxi
44 腐皮镰孢菌 F. solani 甜瓜 Cucumis melo 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
45 腐皮镰孢菌 F. solani 菜豆 P. vulgaris 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
46 腐皮镰孢菌 F. solani 棉花 G. hirsutum 山西运城 Yunchengꎬ Shanxi
47 腐皮镰孢菌 F. solani 樱花 Prunus serrulata 山西长治 Changzhiꎬ Shanxi
48 腐皮镰孢菌 F. solani 菜豆 P. vulgaris 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
49 半裸镰孢菌 F. semitectum 菜豆 P. vulgaris 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
50 半裸镰孢菌 F. semitectum 蚕豆 V. faba 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
9775 期 李新凤等: 尖镰孢菌 EST ̄SSR遗传多样性分析及通用性评价
续表 1
编号 No. 菌株 Strain 寄主 Host 采集地 Collecting site
51 半裸镰孢菌 F. semitectum 茄子 S. melongena 山西运城 Yunchengꎬ Shanxi
52 半裸镰孢菌 F. semitectum 番茄 L. esculentum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
53 半裸镰孢菌 F. semitectum 黄瓜 C. sativus 山西夏县 Xiaxianꎬ Shanxi
54 木贼镰孢菌 F. equiseti 大豆 G. max 辽宁沈阳 Shenyangꎬ Liaoning
55 木贼镰孢菌 F. equiseti 茄子 S. melongena 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
56 木贼镰孢菌 F. equiseti 番茄 L. esculentum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
57 木贼镰孢菌 F. equiseti 番茄 L. esculentum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
58 木贼镰孢菌 F. equiseti 棉花 G. hirsutum 山西运城 Yunchengꎬ Shanxi
59 禾谷镰孢菌 F. graminearum 棉花 G. hirsutum 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
60 禾谷镰孢菌 F. graminearum 西瓜 Citrullus lanatus 山西太谷 Taiguꎬ Shanxi
61 禾谷镰孢菌 F. graminearum 黄瓜 C. sativus 山西临汾 Linfenꎬ Shanxi
62 禾谷镰孢菌 F. graminearum 黄瓜 C. sativus 山西太原 Taiyuanꎬ Shanxi
63 禾谷镰孢菌 F. graminearum 番茄 L. esculentum 山西临汾 Linfenꎬ Shanxi
    试剂及仪器:RNaseA、DNA marker、 Taq DNA
Polymerase、dNTP购于生工生物工程(上海)股份有
限公司ꎻ其余试剂均为国产分析纯ꎮ 供试引物由北
京赛百盛基因技术有限公司合成ꎮ T ̄1PCR 基因扩
增仪ꎬ德国 Biometra 公司ꎻGel DocTM XR +凝胶成像
分析系统ꎬ美国 BIORAD 公司ꎻ3 ̄18k 高速冷冻离心
机ꎬ德国 Sigma 公司ꎻDYY ̄11 型电脑三恒多用电泳
仪ꎬ北京市六一仪器厂ꎮ
1􀆰 2 方法
1􀆰 2􀆰 1 镰孢菌的菌丝培养与 DNA提取
将活化后的菌株接种到含有 NaNO3、K2HPO4、
KCl、MgSO4、FeSO4 与蔗糖的查彼培养液中ꎬ25℃恒
温振荡培养 5 d后ꎬ抽滤菌丝ꎬ再用无菌去离子水冲
洗 3 次ꎬ烘干ꎬ置于 - 70℃冰箱中保存备用ꎮ 参考
Lodhi et al. (1994)的方法ꎬ采用 SDS ̄CTAB 法抽提
供试菌株基因组 DNAꎮ 先用 2% SDS(w / v)缓冲液
将液氮处理后的菌株粉末于 60℃水浴 1 hꎬ然后加
入 10% (w / v)的 CTAB裂解液ꎬ65℃水浴 10 minꎬ用
等体积的氯仿异戊醇(24 ∶ 1)重复 2 次抽提基因组
DNAꎮ 以标准 DNA分子量作对照ꎬ用 0􀆰 8%的琼脂
糖凝胶电泳检测镰孢菌基因组 DNAꎬ并用紫外吸收
法检测 DNA浓度ꎬ然后将镰孢菌 DNA 浓度稀释成
20 ng / μLꎬ存于 - 20℃冰箱中备用ꎮ
1􀆰 2􀆰 2 镰孢菌 SSR ̄PCR扩增与产物检测
参考李新凤等(2014)方法ꎬ基于尖镰孢菌的
EST序列进行引物的设计、合成与筛选ꎬ利用筛选出
的、在尖镰孢菌种内具有多态性的 18 对 SSR 引物ꎬ
对供试 38 株尖镰孢菌和 5 种 25 株近缘镰孢菌进行
SSR ̄PCR扩增ꎮ 然后用 6% 非变性聚丙烯酰胺凝
胶ꎬ在 180 V电压下电泳 90 minꎬ分离扩增产物ꎬ以
     
检测引物的扩增结果ꎮ 电泳结束后ꎬ参考 Bassam &
Caetano ̄Anollés(1993)方法进行银染显色ꎬ并记录
所有引物对供试镰孢菌的扩增结果ꎮ 20 μL SSR ̄
PCR反应体系:1􀆰 0 U Taq DNA聚合酶、2􀆰 0 mmol / L
MgCl2、0􀆰 2 mmol / L 4 × dNTP、上下游引物各 0􀆰 25
μmol / L、20 ng模板 DNAꎮ PCR反应程序:94℃预变
性 4 minꎬ94℃变性 40 sꎬ55 ~ 62℃ (随引物不同而
异)退火 40 sꎬ72℃延伸 40 sꎬ共 35 个循环ꎬ最后
72℃延伸 7 minꎬ扩增 PCR产物保存在 4℃冰箱内ꎮ
1􀆰 2􀆰 3 尖镰孢菌 EST ̄SSR遗传多样性分析
对供试 38 株尖镰孢菌的电泳图谱进行分析ꎬ每
条谱带代表引物在某样品 DNA中的扩增片段ꎬ记为
1 个分子标记ꎮ 将 PCR 扩增的 DNA 条带转换成二
进制数据ꎬ有带的记为“1”ꎬ无带的记为“0”ꎮ 利用
NTSYSpc 2􀆰 10e软件的 Qualitative date 程序计算各
菌株间的遗传相似系数ꎬ并按寄主来源将尖镰孢菌
分为 6 个群体ꎬ即豆科作物群体、葫芦科作物群体、
茄科作物群体、锦葵科作物群体、亚麻科作物群体和
兰科植物群体ꎬ分析不同寄主群体内及群体间的遗
传相似性ꎮ 同时基于各菌株间的遗传相似系数ꎬ通
过 SHAN程序和 UPGMA 方法对 38 份材料进行聚
类分析ꎬ利用 Tree plot模块生成聚类图ꎮ
1􀆰 2􀆰 4 尖镰孢菌 EST ̄SSR引物对近缘镰孢菌的通用性
分析 18 对尖镰孢菌 EST ̄SSR 引物分别在轮
枝镰孢菌、腐皮镰孢菌、半裸镰孢菌、木贼镰孢菌
与禾谷镰孢菌中的扩增情况ꎬ并统计通用率与多
态率ꎮ EST ̄SSR引物通用率 G e = e / n × 100% ꎬe 表
示有效扩增引物对数ꎬn 表示供试引物对数ꎻEST ̄
SSR引物多态率 Pp = p / n × 100% ꎬp 表示多态性引
物对数ꎮ
087 植  物  保  护  学  报 42 卷
2 结果与分析
2􀆰 1 供试 38 株尖镰孢菌 SSR ̄PCR扩增结果
经电泳检测ꎬ供试 60 株镰孢菌均可在 20 kb 左
右出现一条清晰且无明显拖尾的条带ꎬ说明 SDS ̄
CTAB法适合于镰孢菌基因组 DNA的提取纯化ꎮ
利用 18 对 EST ̄SSR引物对寄主和地理来源不
同的 38 株尖镰孢菌菌株进行 SSR ̄PCR 扩增ꎬ发现
当退火温度为 54 ~ 60℃时ꎬ引物均具有丰富的扩增
多态性ꎬ共扩增出 81 个大小不同的产物片段ꎬ其中
多态性条带为 75 条ꎬ占总扩增条带数的 92􀆰 6% ꎬ平
均每对引物可扩增 4􀆰 2 条ꎬ且有 12 对引物的扩增多
态性比率达到了 100% (表 2)ꎮ 不同引物扩增条带
数不同ꎬ为 2 ~ 7 条ꎬ其中引物 JB25 扩增出的条带数
最多ꎬ为 7 条ꎻ引物 JB28 与 JB46 扩增出的条带数最
少ꎬ为 2 条ꎮ
表 2 18 对 EST ̄SSR引物对 38 株尖镰孢菌的扩增结果
Table 2 Amplification results of 38 Fusarium oxysporum strains with 18 working EST ̄SSR primers
引物
Primer
引物序列(5′ ̄3′)
Primer sequence
(5′ ̄3′)
重复基元
Repeat
motif
退火温度
Annealing
temperature
(℃)
预扩增产物
Expected
product
(bp)
扩增条带
No. of
bands
多态性条带
No. of
polymorphic
bands
多态率
Percentage of
polymorphism
(% )
JB12 F: CGGATGGTGTTTCTGTGC
R: CCAACCCGAACCCTACTT
(AT)9 57 328 5 5 100􀆰 0
JB14 F: TTCCTTTCCCTCCTGTTT
R: TCCTTCCTGGCTCAATCT
(ATAC)5 56 391 3 2 66􀆰 7
JB16 F: CGCACCTCCACCACCAAT
R: TTCCGAGCAAACGCCAAT
(AC)15 60 329 5 5 100􀆰 0
JB17 F: GAGGGACAAGTCTTACATTC
R: GACAAAACTCGCTATTCG
(AC)15 54 397 5 4 80􀆰 0
JB18 F: TTCCTTTCCCTCCTGTTT
R: ACTCCTTCCTGGCTCAAT
(ATAC)5 54 391 4 4 100􀆰 0
JB20 F: CGTATTGCCAGGTAGGTT
R: GGTCTTAGGAGCATTGTTT
(TTC)9 55 252 4 4 100􀆰 0
JB24 F: CCTGTCGCAATGGGTATC
R: AGTGTCTCCTTGGGGTCG
(GAG)6 59 218 5 5 100􀆰 0
JB25 F: GCACCTCCACCACCAATG
R: AAACTCGCTCTTCGCTCC
(AC)15 59 274 7 7 100􀆰 0
JB27 F: CGCACCTCCACCACCAAT
R: TTCCGAGCAGACGCCAAT
(AC)15 60 329 6 6 100􀆰 0
JB28 F: CGGGGTCAACTCCAAAAT
R: CGCCAATCGCAAGTAATG
(AC)15 55 252 2 1 50􀆰 0
JB31 F: CGGATGGTGTTTCTGTGC
R: CCAACCCGAACCCTACTT
(AT)9 58 326 3 2 66􀆰 6
JB35 F: TATGCTGGATGGTGAAGG
R:GCTATGCGAGGATTTTGT
(ACAA)5 55 105 5 4 80􀆰 0
JB007 F: CGGATGGTGTTTCTGTGC
R: CCAACCCGAACCCTACTT
(AT)9 60 274 7 7 100􀆰 0
JB016 F: TCCACCACCAATGACAAAC
R: AACTCCGTGAGACGAAACT
(AC)15 56 283 6 6 100􀆰 0
JB39 F: TTCCTTTCCCTCCTGTTT
R: ACTCCTTCCTGGCTCAAT
(ATAC) 5 57 329 4 4 100􀆰 0
JB41 F: TATGCTGGATGGTGAAGG
R: GCTATGCGAGGATTTTGT
(ACAA)5 58 278 4 4 100􀆰 0
JB46 F: CAAACAACCCTCTATGCC
R: ACTCCGTGAGACGAAACT
(AC)15 57 218 2 2 100􀆰 0
JB49 F: CCAGCAAACAATAAGACC
R: ACTCCCGTGAGACAATAC
(AC)15 54 329 4 3 75􀆰 0
合计 Total 81 75 92􀆰 6
2􀆰 2 供试 38 株尖镰孢菌的遗传相似性分析
38 株尖镰孢菌菌株间的遗传相似系数介于
0􀆰 565 ~ 0􀆰 946 之间ꎬ平均为 0􀆰 721ꎮ 分离自山西太
谷黄瓜上的 10 号与 12 号菌株间的相似系数最大ꎬ
其次是太谷菜豆上的 5 号与 6 号菌株及河北兰花上
的 32 号和 33 号菌株ꎬ遗传相似系数均为 0􀆰 925ꎮ 而
1875 期 李新凤等: 尖镰孢菌 EST ̄SSR遗传多样性分析及通用性评价
分离自襄汾棉花上的 27 号与大同胡麻上的 29 号菌
株ꎬ及太原黄瓜上的 11 号菌株间的相似系数最小ꎮ
分离自不同科寄主植物的菌株群体间及群体内
遗传相似性分析结果表明ꎬ同科寄主的菌株群体内
平均遗传相似系数以葫芦科最大ꎬ锦葵科最小ꎬ依次
为葫芦科 >兰科 >豆科 >亚麻科 >茄科 >锦葵科
(表 3)ꎮ 不同科寄主的菌株类群间平均遗传相似系
数在 0􀆰 620 ~ 0􀆰 747 之间ꎬ葫芦科与茄科类群间的最
大ꎬ同源性最高ꎻ而葫芦科与锦葵科类群间的平均遗
传相似系数最小ꎬ亲缘关系最远ꎮ 与不同科寄主来
源的菌株相比ꎬ来源于同科寄主植物的菌株具有更
高的遗传同源性ꎬ亲缘关系更近ꎮ
表 3 不同科寄主来源尖镰孢菌的平均遗传相似系数
Table 3 Average genetic similarity coefficients among the Fusarium oxysporum populations from different hosts
寄主
Host plant
豆科
Leguminosae
锦葵科
Malvaceae
葫芦科
Cucurbitaceae
茄科
Solanaceae
亚麻科
Linaceae
兰科
Orchidaceae
豆科 Leguminosae 0􀆰 823
锦葵科 Malvaceae 0􀆰 719 0􀆰 678
葫芦科 Cucurbitaceae 0􀆰 658 0􀆰 620 0􀆰 842
茄科 Solanaceae 0􀆰 696 0􀆰 645 0􀆰 747 0􀆰 777
亚麻科 Linaceae 0􀆰 671 0􀆰 655 0􀆰 697 0􀆰 742 0􀆰 791
兰科 Orchidaceae 0􀆰 705 0􀆰 699 0􀆰 721 0􀆰 746 0􀆰 658 0􀆰 825
图 1 供试 38 株尖镰孢菌的 SSR聚类分析图
Fig. 1 Dendrogram of 38 Fusarium oxysporum strains based on SSR ̄PCR 
2􀆰 3 供试 38 株尖镰孢菌的聚类分析
当遗传相似系数为 0􀆰 756 时ꎬ38 株供试尖镰
孢菌可分成 7 个 SSR类群(图 1)ꎮ 第Ⅰ类包括所
有分离自豆科作物的菌株及分离自番茄和棉花的
18 号与 28 号菌株ꎻ第Ⅱ类为分离自锦葵科棉花的
菌株ꎻ第Ⅲ类包括所有分离自葫芦科作物的菌株ꎻ
第Ⅳ类均分离自茄科作物ꎻ第Ⅴ类包括所有分离
自兰科植物的菌株ꎻ分离自亚麻科作物胡麻(29
号)和芝麻(30 与 31 号)的菌株分别聚在第Ⅵ和
第Ⅶ类群ꎮ 可见ꎬ除 18、28 和 29 号菌株外ꎬ其余
287 植  物  保  护  学  报 42 卷
35 株菌均按照不同科寄主作物聚为不同的类群ꎮ
第Ⅱ、Ⅲ、Ⅵ和Ⅶ类群分别为尖镰孢萎蔫专化型、
尖镰孢黄瓜专化型、尖镰孢亚麻专化型和尖镰孢
芝麻专化型菌株ꎮ
    当遗传相似系数为 0􀆰 897 时ꎬ第Ⅰ类群中分离
自豆科作物的菌株又分为 2 个亚类ꎬ1 个包括 3 株
大豆专化型菌株(1、2 和 4 号)和 1 株蚕豆专化型菌
株(7 号)ꎬ另 1 个包括 2 株蚕豆专化型菌株(5 号和
6 号)与 1 株大豆专化型菌株(3 号)ꎮ 18 号和 28 号
菌株各自为一类ꎮ 当遗传相似系数为 0􀆰 782 时ꎬ第
Ⅳ类群又可以分为 4 个亚类ꎬ番茄和辣椒专化型菌
株各自聚为 1 亚类ꎬ茄子专化型菌株聚为 2 个亚类ꎮ
当遗传相似系数为 0􀆰 946 时ꎬ供试的 38 个菌株可被
全部区分开ꎮ 可见ꎬ多数寄主专化型相同的菌株聚
在同一 SSR类群或亚类群ꎮ
此外ꎬ同一 SSR 类群或亚类群中包含不同地
理来源的菌株ꎬ同一地理来源的菌株又分布在不
同的 SSR类群和亚类群中ꎬ且同一寄主专化型类
群或亚类群中ꎬ也并非地理来源相同的菌株先聚
在一起ꎮ 如在第Ⅲ类 SSR类群(黄瓜专化型类群)
中ꎬ分离自山西中部地区的 10 号和 12 号菌株先与
分离自山西南部地区的 8、9 及 14 号菌株聚在一起
后ꎬ再与同是中部地区的 11 号菌株聚在一起ꎮ 说
明 SSR 类群的划分与菌株的地理来源没有相
关性ꎮ
2􀆰 4 尖镰孢菌 EST ̄SSR引物对近缘镰孢菌的通用性
供试 18 对引物在 5 种近缘镰孢菌中均具有较
高的通用率ꎬ能够在轮枝镰孢菌、腐皮镰孢菌、半裸
镰孢菌、木贼镰孢菌和禾谷镰孢菌中有效扩增的引
物对数分别为 14、13、12、11 和 11 对ꎬ通用性比率依
次为 77􀆰 8% 、72􀆰 2% 、66􀆰 7% 、61􀆰 1%和 61􀆰 1% ꎬ均
大于 60% ꎬ其中具有多态性的引物对数分别为 9、9、
8、4 和 7 对ꎬ多态率分别为 50􀆰 0% 、50􀆰 0% 、44􀆰 4% 、
22􀆰 2%和 38􀆰 9% ꎮ 供试 18 对引物在 5 种近缘镰孢
菌种中的平均通用率与平均多态率分别为 63􀆰 3%
和 41􀆰 1% (表 4)ꎮ 在轮枝镰孢菌与腐皮镰孢菌中
通用的引物数及比率均高于另外 3 种镰孢菌ꎮ 可
见ꎬ用于设计镰孢菌 SSR引物的尖镰孢菌 EST 序列
在轮枝镰孢菌和腐皮镰孢菌中的保守性高于另外 3
种镰孢菌ꎮ
表 4 尖镰孢菌 EST ̄SSR引物在 5 种近缘镰孢菌中的通用性
Table 4 Transferability and polymorphism analysis of Fusarium oxysporum EST ̄SSR in five Fusarium species
镰孢菌种
Species
引物总数
Number of
primers
通用引物 Transferable primer 多态性引物 Polymorphic primer
对数 (对)
Number
比率 (% )
Ratio
对数 (对)
Number
比率 (% )
Ratio
轮枝镰孢菌 F. verticilliodies 18 14 77􀆰 8 9 50􀆰 0
腐皮镰孢菌 F. solani 18 13 72􀆰 2 9 50􀆰 0
半裸镰孢菌 F. semitectum 18 12 66􀆰 7 8 44􀆰 4
木贼镰孢菌 F. equiseti 18 11 61􀆰 1 4 22􀆰 2
禾谷镰孢菌 F. graminearum 18 11 61􀆰 1 7 38􀆰 9
平均数 Average 18 12 63􀆰 3 7 41􀆰 1
    引物 JB20 在腐皮镰孢菌、木贼镰孢菌和禾谷镰
孢菌中无扩增产物ꎻ引物 JB28 虽能有效扩增ꎬ但无
多态性ꎻ引物 JB25 除在腐皮镰孢菌中表现为多态性
外ꎬ在其余 4 种近缘镰孢菌中均无多态性ꎻ引物
JB39 在 5 种近缘镰孢菌中都有多态性扩增产物(图
2)ꎮ 在 5 种近缘镰孢菌中均能有效扩增的引物有
10 对ꎬ至少在 1 种中能有扩增产物的引物有 15 对ꎬ
分别占供试引物的 55􀆰 6%和 83􀆰 3%ꎮ 在 5 种近缘镰
孢菌中均显示多态性的引物仅有 2 对ꎬ多态率为
11􀆰 1%ꎬ占在 5种近缘镰孢菌中可通用引物的 20%ꎮ
3 讨论
AFLP、RFLP、RAPD与 ISSR等分子标记技术均
可用于检测尖镰孢菌的遗传多态性ꎬ但都存在一定
的缺陷ꎮ AFLP 技术不仅步骤复杂且费用高(Groe ̄
newald et al. ꎬ2006ꎻ张艳菊等ꎬ2011)ꎻRFLP 技术需
要大量的 DNA 且工作量大 (张宝俊等ꎬ 2007 )ꎻ
RAPD技术具有可重复性低的缺点(Rodríguez ̄Moli ̄
na et al. ꎬ2013)ꎮ 此外ꎬ这几种标记方法均有在基
因组上不能定位ꎬ以及数据少不能在公共数据库中
用来和其它序列比较的缺点ꎮ 而 EST ̄SSR 来源于
转录组序列ꎬ代表一个完整基因的一部分ꎬ可以直接
获得基因表达信息ꎬ为功能基因提供“绝对”标记ꎮ
因此ꎬ该标记技术不仅用于物种遗传多样性分析
(蔺宇等ꎬ2008ꎻ丁俊杰等ꎬ2012ꎻ梁照文等ꎬ2015)ꎬ
还可用于整合遗传图谱、定位候选基因及比较基因
3875 期 李新凤等: 尖镰孢菌 EST ̄SSR遗传多样性分析及通用性评价
图 2 部分尖镰孢菌 EST ̄SSR引物在 5 种近缘镰孢菌中的扩增结果
Fig. 2 Amplification of some Fusarium oxysporum EST ̄SSR markers in five Fusarium species
M: Markerꎻ 39 ~ 43: 轮枝镰孢菌ꎻ 44 ~ 48: 腐皮镰孢菌ꎻ 49 ~ 53: 半裸镰孢菌ꎻ 54 ~
58: 木贼镰孢菌: 59 ~ 63: 禾谷镰孢菌ꎮ M: Markerꎻ 39 - 43: F. verticilliodiesꎻ 44 - 48: F.
solaniꎻ 49 - 53: F. semitectumꎻ 54 - 58: F. equisetiꎻ 59 - 63: F. graminearum.
 
组学等研究(Kaye et al. ꎬ2003ꎻ潘海涛等ꎬ2010)ꎮ
但有报道显示该标记技术检测到的多态性低于基因
组 SSR 标记 ( Eujayl et al. ꎬ 2001 )ꎮ Scott et al.
(2000)研究表明ꎬ多态性的高低取决于筛选引物的
材料ꎬ且 EST ̄SSR 中存在少量多态性较高的引物ꎮ
本研究利用 18 对 EST ̄SSR引物在 38 株尖镰孢菌中
共检测到 75 条差异条带ꎬ多态性比例为 92􀆰 6% ꎬ种
内各菌株两两之间的遗传相似系数介于 0􀆰 565 ~
0􀆰 946 之间ꎬ平均为 0􀆰 721ꎬ显示了较高的遗传多样
性ꎮ Mahfooz et al. (2012)基于尖镰孢菌黄瓜专化型
与西瓜专化型 EST序列开发了 4 对多态率为 100%
的 SSR引物ꎬ也表明尖镰孢菌 EST ̄SSR 标记具有丰
富的多态性ꎬ可用于检测尖镰孢菌种内各菌株间的
遗传多样性ꎻ这与李新凤等(2014)进行尖镰孢菌
EST ̄SSR遗传多样性分析所得结果一致ꎮ 可见ꎬ基
于尖镰孢菌 EST序列开发 EST ̄SSR标记是可行的ꎬ
本研究开发的尖镰孢菌 EST ̄SSR 标记可用于尖镰
孢菌种内遗传多样性分析ꎮ 同时也说明尖镰孢菌基
因组 EST ̄SSR 位点变异频率较高ꎬ遗传多样性
丰富ꎮ
487 植  物  保  护  学  报 42 卷
目前有关尖镰孢菌遗传多样性分析的报道很
多ꎬ但多数都集中于同一专化型内菌株的研究ꎬ尚未
见来源于不同科寄主植物的同种菌株的遗传多样性
研究ꎮ 本研究结果表明ꎬ来源于同科寄主植物的菌
株间比来源于不同科寄主植物的菌株间的遗传相似
性高ꎬ亲缘关系更近ꎬ说明分离自各科寄主植物类群
间的菌株具有较明显的遗传分化ꎮ 关于寄主来源不
同的菌株类群间的遗传分化水平和遗传相似系数之
间的对应关系还有待进一步深入研究ꎮ 此外ꎬ本研
究中 6 个寄主群体中各供试菌株群体内的遗传分化
程度明显不同ꎬ其中锦葵科遗传分化最大ꎬ葫芦科分
化最小ꎬ这可能是不同类群菌株 DNA ̄SSR的真实反
映ꎬ也可能与不同科寄主植物群体内供试菌株数量
差异有关ꎮ
本研究供试的 38 个菌株中ꎬ有 35 株根据不同
科寄主植物来源分别聚为 6 个 SSR 类群ꎬ且大多数
寄主专化型相同的菌株聚在同一 SSR 类群或亚类
群ꎮ 表明供试尖镰孢菌 SSR 类群的划分与供试菌
株的寄主来源及寄主专化型具有一定的相关性ꎮ 不
同专化型尖镰孢菌的 EST ̄SSR 区域存在较为明显
的遗传分化ꎮ 李新凤等(2014)利用自行开发的 14
对尖镰孢菌 EST ̄SSR引物对 23 株尖镰孢菌进行遗
传多样性分析ꎬ也得出了同样的结果ꎻMahfooz et al.
(2012)利用 9 对基于尖镰孢菌 DNA 编码区域设计
的 SSR引物ꎬ对分属于 5 个尖镰孢菌专化型的 24 株
菌株进行聚类分析ꎬ结果只有西瓜专化型(Fom)菌
株单独聚为了 1 个亚类群ꎮ 这可能与试验所用引物
来源及数量多少有关ꎬ理论上讲ꎬ多态性引物及供试
菌株数量越多ꎬ试验结果越能反映不同菌株基因组
DNA的序列差异ꎮ
18 对多态性 EST ̄SSR 引物在 5 种近缘镰孢菌
种中的通用率均大于 60% ꎬ能够在 5 种近缘镰孢菌
中均通用的引物有 10 对ꎬ通用率为 55􀆰 6% ꎬ其中表
现多态性的有 2 对ꎬ多态率为 11􀆰 1% ꎮ 说明基于尖
镰孢菌 EST 序列建立的 SSR 标记对尖镰孢菌近缘
种具有较高的通用性ꎬ基于尖镰孢菌 EST 序列开发
镰孢菌的通用 EST ̄SSR 标记是可行的ꎬ但多态率比
较低ꎮ Kumar et al. (2013)在检测尖镰孢菌 SSR 标
记在潮湿镰孢菌 F. udum中的通用性时发现ꎬ30 对
尖镰孢菌 EST ̄SSR引物中ꎬ70%能够在潮湿镰孢菌
中进行有效扩增ꎬ其中 3 对为多态性引物ꎬ与本研究
结果基本一致ꎮ 与来源于基因组的 SSR 相比ꎬEST ̄
SSR标记来源于相对保守的转录组区域ꎬ所以比基
因组 SSR 标记多态性低一些ꎬ但具有更高的通用
性ꎮ 这就为有些特定物种或缺乏相关序列的物种提
供了有效和可用的标记资源ꎬ为遗传图谱的绘制节
约了成本ꎬ也为比较基因组学的研究提供了有效途
径ꎮ 因此ꎬ开发 EST ̄SSR标记是丰富物种分子标记
简便而有效的途径ꎮ 本研究开发的 SSR 引物对尖
镰孢菌与其近缘种的比较基因组学研究具有重要的
利用价值ꎮ
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(责任编辑:李美娟)
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